JP2008130450A - Manufacturing method of bipolar battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a bipolar battery having high reliability and high output density. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the bipolar battery having bipolar electrodes 110A to 110F having a positive electrode 113, a negative electrode 112, and a current collector 11 arranged between the positive electrode 113 and the negative electrode 112, and also having an electrolyte layer arranged between the positive electrode 113 and the negative electrode 112 has an electrode stacking process for alternately stacking a plurality of bipolar electrodes 110A to 110F and a plurality of electrolyte layers under vacuum. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、双極型電池、双極型電池が組み込まれた組電池、これらを搭載する車両、および、双極型電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a bipolar battery, a battery pack incorporating the bipolar battery, a vehicle equipped with these, and a method of manufacturing the bipolar battery.

近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車およびハイブリッド電気自動車の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、その実用化の鍵を握るモータ駆動用電源として、双極型(バイポーラ型)電池に注目が集まっている。   In recent years, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired for environmental protection. In the automobile industry, there is a great expectation for the reduction of carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles and hybrid electric vehicles, and attention has been focused on bipolar type (bipolar) batteries as a power source for driving motors, which is the key to their practical use. ing.

双極型電池においては、正極および負極が配置された集電体と、電解質層とが相互に積層されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平9−232003号公報
In a bipolar battery, a current collector in which a positive electrode and a negative electrode are arranged and an electrolyte layer are stacked on each other (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 9-23003

しかし、積層の際に、気泡が混入する問題を有する。気泡は、例えば、イオンの移動を害し、電池の抵抗を増大させるため、高出力密度を達成することが困難である。   However, there is a problem that bubbles are mixed in the lamination. Bubbles, for example, impair ion migration and increase battery resistance, making it difficult to achieve high power density.

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な信頼性かつ高出力密度を有する双極型電池、良好な信頼性かつ高出力密度を有する双極型電池の製造方法、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池、および、良好な信頼性を有する車両を、提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and manufacture of a bipolar battery having good reliability and high output density, and manufacturing a bipolar battery having good reliability and high output density. It is an object to provide a method, a battery pack having good reliability and a wide range of application, and a vehicle having good reliability.

上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、
正極、負極、および、前記正極および前記負極の間に配置される集電体を有する双極型電極と、前記正極と前記負極の間に配置される電解質層とを有する双極型電池の製造方法であって、
前記双極型電極および前記電解質層を、真空下で交互に複数積層するための電極積層工程を有する
ことを特徴とする双極型電池の製造方法である。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1
A method for producing a bipolar battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode having a current collector disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode. There,
A method of manufacturing a bipolar battery, comprising: an electrode stacking step for alternately stacking a plurality of the bipolar electrodes and the electrolyte layers under vacuum.

上記目的を達成するための請求項9に記載の発明は、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の双極型電池の製造方法によって製造されたことを特徴とする双極型電池である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 9 provides:
A bipolar battery manufactured by the method for manufacturing a bipolar battery according to claim 1.

上記目的を達成するための請求項15に記載の発明は、
請求項9〜14のいずれか1項に記載の双極型電池を、複数接続して構成されていることを特徴とする組電池である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 15 provides:
A battery pack comprising a plurality of bipolar batteries according to any one of claims 9 to 14 connected to each other.

上記目的を達成するための請求項16に記載の発明は、
請求項9〜14のいずれか1項に記載の双極型電池、あるいは、請求項15に記載の組電池を、モータ駆動用電源として搭載したことを特徴とする車両である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 16 provides:
A vehicle comprising the bipolar battery according to any one of claims 9 to 14 or the assembled battery according to claim 15 mounted as a power source for driving a motor.

請求項1に記載の発明によれば、双極型電極および電解質層が真空下で積層されるため、双極型電極および電解質層の積層界面に対する気泡の混入が抑制される。そのため、製造された双極型電池における使用時のイオンの移動は、害されず、電池抵抗は増大しないため、高出力密度を達成することができる。つまり、良好な信頼性かつ高出力密度を有する双極型電池の製造方法を、提供することが可能である。   According to the first aspect of the present invention, since the bipolar electrode and the electrolyte layer are stacked in a vacuum, mixing of bubbles with respect to the stacked interface between the bipolar electrode and the electrolyte layer is suppressed. Therefore, the movement of ions during use in the manufactured bipolar battery is not harmed and the battery resistance does not increase, so that a high output density can be achieved. That is, it is possible to provide a method for manufacturing a bipolar battery having good reliability and high power density.

請求項9に記載の発明によれば、双極型電極および電解質層が真空下で積層されているため、双極型電極および電解質層の積層界面に対する気泡の混入が抑制されている。そのため、使用時におけるイオンの移動は、害されず、電池の抵抗は増大しないため、高出力密度が達成することができる。つまり、良好な信頼性かつ高出力密度を有する双極型電池を、提供することが可能である。   According to the ninth aspect of the present invention, since the bipolar electrode and the electrolyte layer are laminated in a vacuum, mixing of bubbles with respect to the laminated interface between the bipolar electrode and the electrolyte layer is suppressed. Therefore, the movement of ions during use is not harmed and the resistance of the battery does not increase, so a high power density can be achieved. That is, a bipolar battery having good reliability and high output density can be provided.

請求項15に記載の発明によれば、組電池は、良好な信頼性かつ高出力密度を有する双極型電池が組み込まれているため、良好な信頼性を有しかつ大出力を確保することができる。また、双極型電池を接続する際に、直列あるいは並列化することで、容量および電圧を自由に調整することができる。つまり、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池を、提供することが可能である。   According to the invention described in claim 15, since the assembled battery incorporates a bipolar battery having good reliability and high output density, it can have good reliability and ensure a large output. it can. Further, when connecting bipolar batteries, the capacity and voltage can be freely adjusted by series or parallel connection. That is, it is possible to provide an assembled battery having good reliability and a wide application range.

請求項16に記載の発明によれば、車両のモータ駆動用電源は、良好な信頼性を有しかつ大出力を確保し得る双極型電池を有する。したがって、良好な信頼性を有する車両を、提供することが可能である。   According to the sixteenth aspect of the invention, the power source for driving the motor of the vehicle has a bipolar battery that has good reliability and can ensure a large output. Therefore, it is possible to provide a vehicle having good reliability.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、実施の形態1に係る双極型電池を説明するための断面図、図2は、実施の形態1に係る双極型電池を説明するための断面図、図3は、図1に示される双極型電池を利用する組電池を説明するための斜視図、図4は、図3に示される組電池が搭載されている車両の概略図である。   1 is a cross-sectional view for explaining a bipolar battery according to Embodiment 1, FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the bipolar battery according to Embodiment 1, and FIG. 3 is shown in FIG. FIG. 4 is a schematic view of a vehicle on which the assembled battery shown in FIG. 3 is mounted.

実施の形態1に係る双極型電池110は、電解液系であり、正極113、集電体111、電解質層(不図示)、スペーサ120、第1シール115および第2シール117を有する。集電体111は、正極113および負極112の間に配置されている。電解質層は、負極面に電解液を滲み込ますことで形成されている。第1シール115は、正極113の周囲を取り囲むように配置されている。スペーサ120は、正極113および第1シール115を覆うように配置されている。第2シール117は、第1シール115と位置合せされて、スペーサ120上に配置されている。   Bipolar battery 110 according to Embodiment 1 is an electrolyte system, and includes positive electrode 113, current collector 111, electrolyte layer (not shown), spacer 120, first seal 115, and second seal 117. The current collector 111 is disposed between the positive electrode 113 and the negative electrode 112. The electrolyte layer is formed by soaking the electrolytic solution into the negative electrode surface. The first seal 115 is disposed so as to surround the periphery of the positive electrode 113. The spacer 120 is disposed so as to cover the positive electrode 113 and the first seal 115. The second seal 117 is positioned on the spacer 120 in alignment with the first seal 115.

双極型電池110は、積層体100の形態で、外部からの衝撃や環境劣化を防止するための外装ケース104に収容される。積層体100の最外層(最上位および最下位)には、端子プレート101,102が配置される。   The bipolar battery 110 is housed in an outer case 104 in the form of a laminate 100 for preventing external impact and environmental degradation. Terminal plates 101 and 102 are arranged on the outermost layer (the uppermost layer and the lowermost layer) of the laminate 100.

端子プレート101,102は、高導電性部材からなり、積層体100の最外層の電極投影面の全てを、少なくとも覆うように構成されている。したがって、最外層の電流取り出し部は、低抵抗化され、面方向の電流取り出しにおける低抵抗化を図ることで、電池の高出力化が可能になる。高導電性部材は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス、これらの合金である。   The terminal plates 101 and 102 are made of a highly conductive member, and are configured to cover at least all of the outermost electrode projection surfaces of the multilayer body 100. Therefore, the resistance of the current extraction portion in the outermost layer is lowered, and the output of the battery can be increased by reducing the resistance in the current extraction in the surface direction. The highly conductive member is, for example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel, or an alloy thereof.

外装ケース104は、端子プレート101,102から電流を引き出すための電極タブ105,106を有する。電極タブ105,106および端子プレート101,102は、直接的あるいはリードを利用して接続することが可能である。なお、電極タブ105,106および端子プレート101,102を一体化することも可能である。   The outer case 104 has electrode tabs 105 and 106 for drawing current from the terminal plates 101 and 102. The electrode tabs 105 and 106 and the terminal plates 101 and 102 can be connected directly or using leads. The electrode tabs 105 and 106 and the terminal plates 101 and 102 can be integrated.

外装ケース104は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなどの外装材からなり、その外周部の一部または全部が、熱融着により接合さることで形成される。   The exterior case 104 is an exterior such as a polymer-metal composite laminate film in which a metal (including an alloy) such as aluminum, stainless steel, nickel, or copper is covered with an insulator such as a polypropylene film from the viewpoint of weight reduction and thermal conductivity. It consists of a material, and part or all of the outer peripheral part is formed by joining by heat sealing | fusion.

外装ケース104は、単独で使用することが可能であるが、例えば、組電池130の形態で利用することが可能である。組電池130は、外装ケース104を直列化および/又は並列化し、複数接続して構成されており、導電バー132,134を有する。導電バー132,134は、各外装ケース104の内部から延長する端子プレート101,102に接続されている。   The outer case 104 can be used alone, but can be used, for example, in the form of an assembled battery 130. The assembled battery 130 is configured by connecting a plurality of exterior cases 104 in series and / or in parallel, and includes conductive bars 132 and 134. The conductive bars 132 and 134 are connected to terminal plates 101 and 102 extending from the inside of each outer case 104.

実施の形態1に係る双極型電池は、後述するように、良好な信頼性かつ高出力密度を有する。したがって、組電池130は、良好な信頼性を有しかつ大出力を確保することができる。また、外装ケース104を接続して構成する際に、適宜、直列あるいは並列化することで、容量および電圧を自由に調整することができる。接続方法は、例えば、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームである。   The bipolar battery according to Embodiment 1 has good reliability and high output density as will be described later. Therefore, the assembled battery 130 has good reliability and can ensure a large output. Further, when the exterior case 104 is connected and configured, the capacitance and voltage can be freely adjusted by appropriately connecting in series or in parallel. The connection method is, for example, ultrasonic welding, heat welding, laser welding, rivet, caulking, or electron beam.

組電池130自体を、直列化および/又は並列化し、複数接続することで組電池モジュール(大型の組電池)140として提供することも可能である。   The assembled battery 130 itself may be provided in the form of an assembled battery module (large-sized assembled battery) 140 by serializing and / or parallelizing and connecting a plurality of them.

組電池モジュール140は、良好な信頼性を有しかつ大出力を確保し得るため、例えば、車両145のモータ駆動用電源として搭載することで、良好な信頼性を有する車両を提供すること可能である。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電車である。   Since the assembled battery module 140 has good reliability and can secure a large output, for example, it can be provided as a motor driving power source of the vehicle 145 to provide a vehicle having good reliability. is there. The vehicle is, for example, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a train.

組電池モジュール140は、例えば、内蔵する外装ケース104毎あるいは組電池130毎の充電制御を行うなど、非常にきめ細かい制御ができるため、1回の充電あたりの走行距離の延長、車載電池としての寿命の長期化などの性能の向上を図ることが可能である。   The assembled battery module 140 can perform very fine control such as charging control for each built-in exterior case 104 or each assembled battery 130, so that the travel distance per charge can be extended, and the life as an in-vehicle battery can be achieved. It is possible to improve the performance such as prolonging the time.

図5は、実施の形態1に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。   FIG. 5 is a process diagram for explaining the bipolar battery manufacturing method according to the first embodiment.

実施の形態1に係る双極型電池の製造方法は、電極形成工程、シール前駆体配置工程、電極セット工程、電解質層形成工程、真空導入工程、電極積層工程、プレス工程、および、真空解除工程を有する。   The bipolar battery manufacturing method according to the first embodiment includes an electrode forming process, a seal precursor arranging process, an electrode setting process, an electrolyte layer forming process, a vacuum introducing process, an electrode stacking process, a pressing process, and a vacuum releasing process. Have.

次に、図6〜図16を参照し、各工程を順次説明する。なお、後述するように、実施の形態1に係る電極積層工程においては、双極型電極および電解質層が、真空下で交互に複数積層されるため、気泡の混入が抑制された双極型電池が得られる。そのため、使用時におけるイオンの移動は、害されず、電池抵抗は増大しないため、高出力密度を達成することができる。   Next, each step will be described in order with reference to FIGS. As will be described later, in the electrode stacking step according to the first embodiment, a plurality of bipolar electrodes and electrolyte layers are alternately stacked under vacuum, so that a bipolar battery in which mixing of bubbles is suppressed is obtained. It is done. Therefore, the movement of ions during use is not harmed and the battery resistance does not increase, so that a high output density can be achieved.

図6は、図5に示される電極形成工程に係る正極を説明するための正面図、図7は、図5に示される電極形成工程に係る負極を説明するための背面図、図8は、図6の線VIII−VIIIに関する断面図である。   6 is a front view for explaining the positive electrode according to the electrode forming step shown in FIG. 5, FIG. 7 is a rear view for explaining the negative electrode according to the electrode forming step shown in FIG. 5, and FIG. It is sectional drawing regarding line VIII-VIII of FIG.

電極形成工程においては、まず,正極スラリーが、調整される。正極スラリーは、正極活物質[85重量%]、導電助剤[5重量%]およびバインダ[10重量%]を有し、粘度調整溶媒を添加することで、所定の粘度にされる。   In the electrode forming step, first, the positive electrode slurry is adjusted. The positive electrode slurry has a positive electrode active material [85% by weight], a conductive additive [5% by weight], and a binder [10% by weight], and is adjusted to a predetermined viscosity by adding a viscosity adjusting solvent.

正極活物質は、LiMnである。導電助剤は、アセチレンブラックである。バインダは、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)である。粘度調整溶媒は、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)である。 The positive electrode active material is LiMn 2 O 4 . The conductive auxiliary agent is acetylene black. The binder is PVDF (polyvinylidene fluoride). The viscosity adjusting solvent is NMP (N-methyl-2-pyrrolidone).

正極スラリーは、ステンレススチール箔(厚さ20μm)からなる集電体111の一方の面に塗布される。正極スラリーの塗膜は、例えば、真空オーブンを利用して、乾燥させられ、厚さ30μmの正極活物質層からなる正極113を形成する。この際、NMPは、揮発することで除去される。   The positive electrode slurry is applied to one surface of a current collector 111 made of stainless steel foil (thickness 20 μm). The coating film of the positive electrode slurry is dried using, for example, a vacuum oven to form the positive electrode 113 made of a positive electrode active material layer having a thickness of 30 μm. At this time, NMP is removed by volatilization.

次に、負極スラリーが、調整される。負極スラリーは、負極活物質[90重量%]およびバインダ[10重量%]を有し、粘度調整溶媒を添加することで、所定の粘度にされる。負極活物質は、ハードカーボンである。バインダおよび粘度調整溶媒は、PVDFおよびNMPである。   Next, the negative electrode slurry is adjusted. The negative electrode slurry has a negative electrode active material [90% by weight] and a binder [10% by weight], and has a predetermined viscosity by adding a viscosity adjusting solvent. The negative electrode active material is hard carbon. The binder and viscosity adjusting solvent are PVDF and NMP.

負極スラリーは、集電体111の他方の面に、塗布される。負極スラリーの塗膜は、例えば、真空オーブンを利用して、乾燥させられ、厚さ30μmの負極活物質層からなる負極112を形成する。この際、NMPは、揮発することで除去される。   The negative electrode slurry is applied to the other surface of the current collector 111. The coating film of the negative electrode slurry is dried using, for example, a vacuum oven to form the negative electrode 112 made of a negative electrode active material layer having a thickness of 30 μm. At this time, NMP is removed by volatilization.

この結果、集電体111の一方の面および他方の面に、正極113および負極112がそれぞれ形成された双極型電池110が得られる。   As a result, the bipolar battery 110 in which the positive electrode 113 and the negative electrode 112 are formed on one surface and the other surface of the current collector 111 is obtained.

双極型電池110は、330×250(mm)のサイズに切り取られる。正極113および負極112の外周部は、集電体を露出させるために、20mmの幅で剥がし取られる。   The bipolar battery 110 is cut to a size of 330 × 250 (mm). The outer peripheral portions of the positive electrode 113 and the negative electrode 112 are peeled off with a width of 20 mm in order to expose the current collector.

正極活物質は、LiMnに制限されないが、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。また、バインダおよび粘度調整溶媒は、PVDFおよびNMPに限定されない。 The positive electrode active material is not limited to LiMn 2 O 4 , but it is preferable to apply a lithium-transition metal composite oxide from the viewpoint of capacity and output characteristics. For example, carbon black or graphite can be used as the conductive assistant. Further, the binder and the viscosity adjusting solvent are not limited to PVDF and NMP.

集電体111の構成材料は、ステンレススチール箔に限定されず、例えば、アルミニウム箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材を利用することも可能である。   The material constituting the current collector 111 is not limited to stainless steel foil, and for example, an aluminum foil, a nickel-aluminum clad material, a copper-aluminum clad material, or a plating material of a combination of these metals may be used. Is possible.

負極活物質は、ハードカーボン(難黒鉛化炭素材料)に制限されず、例えば、黒鉛系炭素材料や、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。なお、カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質は、容量および出力特性の観点から好ましい。   The negative electrode active material is not limited to hard carbon (non-graphitizable carbon material), and for example, a graphite-based carbon material or a lithium-transition metal composite oxide can be used. A negative electrode active material made of carbon and a lithium-transition metal composite oxide is preferable from the viewpoint of capacity and output characteristics.

正極113および負極112の厚さは、特に限定されず、電池の使用目的(例えば、出力重視、エネルギー重視)や、イオン伝導性を考慮して設定される。   The thicknesses of the positive electrode 113 and the negative electrode 112 are not particularly limited, and are set in consideration of the intended use of the battery (for example, emphasis on output and energy) and ion conductivity.

図9は、図5に示されるシール前駆体配置工程の第1シール前駆体を説明するための正面図、図10は、図9の線X−Xに関する断面図、図11は、図5に示されるシール前駆体配置工程の第2シール前駆体を説明するための正面図、図12は、図9の線XII−XIIに関する断面図である。   9 is a front view for explaining the first seal precursor in the seal precursor arrangement step shown in FIG. 5, FIG. 10 is a sectional view taken along line XX in FIG. 9, and FIG. The front view for demonstrating the 2nd seal precursor of the seal precursor arrangement | positioning process shown, FIG. 12 is sectional drawing regarding the line XII-XII of FIG.

シール前駆体配置工程においては、まず、集電体111が露出している正極側外周部に、第1シール前駆体(1液性未硬化エポキシ樹脂)114が配置される。この際、外周部端面から約10mm幅で、未配置部位が設けられる。第1シール前駆体114の配置は、例えば、ディスペンサを用いる塗布が適用される。   In the seal precursor arrangement step, first, a first seal precursor (one-component uncured epoxy resin) 114 is arranged on the outer periphery of the positive electrode side where the current collector 111 is exposed. At this time, a non-arranged portion is provided with a width of about 10 mm from the outer peripheral end face. For example, application using a dispenser is applied to the arrangement of the first seal precursor 114.

次に、スペーサ120が、集電体111の正極側面の全てを覆うように配置される。スペーサ120は、ポリエチレン製セパレータからなり、その厚みおよびサイズは、12μmおよび335×255(mm)である。   Next, the spacer 120 is arrange | positioned so that all the positive electrode side surfaces of the electrical power collector 111 may be covered. The spacer 120 is made of a polyethylene separator, and the thickness and size thereof are 12 μm and 335 × 255 (mm).

その後、スペーサ120上に、第2シール前駆体(1液性未硬化エポキシ樹脂)116が配置される。この際、第2シール前駆体116は、第1シール前駆体114の配置部位と相対するように(重なるように)位置決めされる。第2シール前駆体116の配置は、例えば、ディスペンサを用いる塗布が適用される。   Thereafter, a second seal precursor (one-component uncured epoxy resin) 116 is disposed on the spacer 120. At this time, the second seal precursor 116 is positioned so as to face (overlap) the arrangement site of the first seal precursor 114. For example, application using a dispenser is applied to the arrangement of the second seal precursor 116.

第1シール前駆体114および第2シール前駆体116の構成材料は、1液性未硬化エポキシ樹脂に限定されず、使用環境下において良好なシール効果を発揮するものを、用途に応じて適宜選択することができる。例えば、その他の熱硬化型樹脂(ポリプロピレンやポリエチレン等)や、熱可塑型樹脂を適用することが可能である。   The constituent material of the first seal precursor 114 and the second seal precursor 116 is not limited to the one-component uncured epoxy resin, and a material that exhibits a good sealing effect in the usage environment is appropriately selected according to the application. can do. For example, other thermosetting resins (polypropylene, polyethylene, etc.) and thermoplastic resins can be applied.

スペーサ120の構成材料は、ポリエチレンに限定されず、ポリプロピレン等のその他のポリオレフィンや、ポリアミドや、ポリイミドなどの樹脂材料が適用することが可能である。   The constituent material of the spacer 120 is not limited to polyethylene, and other polyolefins such as polypropylene, resin materials such as polyamide and polyimide can be applied.

図13は、図5に示される電極セット工程に係る電極保持機構を説明するための断面図である。   FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining an electrode holding mechanism according to the electrode setting step shown in FIG.

電極セット工程においては、6枚の双極型電池110(110A〜110F)が、負極面を上にした状態で、電極ストッカ150にセットされる。   In the electrode setting step, six bipolar batteries 110 (110A to 110F) are set in the electrode stocker 150 with the negative electrode face up.

電極ストッカ150は、電極保持機構152、支持構造体154、受け台156および制御部(不図示)を有する。   The electrode stocker 150 includes an electrode holding mechanism 152, a support structure 154, a cradle 156, and a control unit (not shown).

電極保持機構152は、双極型電池110の外周部の対向する2箇所を把持自在であるクリップ機構153を6個有しており、6枚の双極型電池110をセットすることが可能である。クリップ機構153によって把持される双極型電池110の部位は、外周部端面から約10mm幅の範囲の領域に位置し、第1シール前駆体114および第2シール前駆体116が配置されていない未配置部位である。   The electrode holding mechanism 152 has six clip mechanisms 153 capable of gripping two opposing positions on the outer peripheral portion of the bipolar battery 110, and six bipolar batteries 110 can be set. The part of the bipolar battery 110 held by the clip mechanism 153 is located in a region having a width of about 10 mm from the outer peripheral end face, and the first seal precursor 114 and the second seal precursor 116 are not arranged. It is a part.

支持構造体154は、双極型電池110のセットの際の干渉を避けるため、フレーム形状であり、かつ、電極保持機構152が取付けられている。電極保持機構152の取付け間隔は、各電極112,113が接触しないように設定されている。   The support structure 154 has a frame shape to avoid interference when the bipolar battery 110 is set, and the electrode holding mechanism 152 is attached to the support structure 154. The mounting interval of the electrode holding mechanism 152 is set so that the electrodes 112 and 113 do not contact each other.

受け台156は、固定式であり、積層された双極型電池110を支持するために配置されている。制御部は、クリップ機構153を制御して、クリップ機構153に把持されている双極型電池110を、積層するために使用される。   The cradle 156 is fixed and is arranged to support the stacked bipolar battery 110. The control unit controls the clip mechanism 153 and is used for stacking the bipolar batteries 110 held by the clip mechanism 153.

したがって、電極セット工程においては、各電極112,113が接触せず、かつ電極112,113の面方向に対して垂直方向にずれることなく、電極ストッカ150にセットされる。つまり、後続の積層工程における積層精度および歩留りを向上させることが可能である。   Therefore, in the electrode setting step, the electrodes 112 and 113 are set in the electrode stocker 150 without being in contact with each other and without being shifted in a direction perpendicular to the surface direction of the electrodes 112 and 113. That is, it is possible to improve stacking accuracy and yield in the subsequent stacking process.

なお、最下位に保持される双極型電池110Fは、第1シール前駆体114、第2シール前駆体116およびスペーサ120は、配置されていない。   In the bipolar battery 110F held at the lowest position, the first seal precursor 114, the second seal precursor 116, and the spacer 120 are not arranged.

また、支持構造体154は、固定式の受け台156に対して降下自在である。しかし、支持構造体154を固定式とし、受け台156を可動式とすることも可能である。   Further, the support structure 154 can be lowered with respect to the fixed cradle 156. However, the support structure 154 can be fixed and the cradle 156 can be movable.

電解質層形成工程においては、最上位に保持される双極型電池110Aを除いた、5枚の双極型電池110B〜110Fの負極112に、1mlの電解液を、例えば、マイクロピペットを用いて、負極面にたらすことで、滲み込まされる。   In the electrolyte layer forming step, 1 ml of the electrolyte is applied to the negative electrodes 112 of the five bipolar batteries 110B to 110F, excluding the bipolar battery 110A held at the top, using, for example, a micropipette. It is infiltrated by putting it on the surface.

電解液は、PC(プロピレンカーボネート)およびEC(エチレンカーボネート)からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩(LiPF)および少量の界面活性剤を含んでいる。なお、リチウム塩濃度は、1Mである。 The electrolytic solution contains an organic solvent composed of PC (propylene carbonate) and EC (ethylene carbonate), a lithium salt (LiPF 6 ) as a supporting salt, and a small amount of a surfactant. The lithium salt concentration is 1M.

有機溶媒は、PCおよびECに特に限定されず、例えば、その他の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類を適用することが可能である。リチウム塩は、LiPFに特に限定されず、例えば、その他の無機酸陰イオン塩、LiCFSO等の有機酸陰イオン塩を、適用することが可能である。 The organic solvent is not particularly limited to PC and EC, and for example, other cyclic carbonates, chain carbonates such as dimethyl carbonate, and ethers such as tetrahydrofuran can be applied. The lithium salt is not particularly limited to LiPF 6 , and other inorganic acid anion salts and organic acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 can be applied.

図14は、図5に示される真空導入工程〜真空解除工程に係る真空処理装置を説明するための概略図、図15は、図5に示される電極積層工程を説明するための概略図、図16は、図5に示されるプレス工程を説明するための断面図である。   14 is a schematic diagram for explaining the vacuum processing apparatus according to the vacuum introduction process to the vacuum release process shown in FIG. 5, and FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the electrode stacking process shown in FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining the pressing step shown in FIG.

真空処理装置160は、真空手段162、プレス手段172および制御部178を有する。   The vacuum processing apparatus 160 includes a vacuum unit 162, a press unit 172, and a control unit 178.

真空手段162は、真空チャンバ163、真空ポンプ164および配管系165を有する。真空チャンバ163は、着脱自在(開放自在)の蓋部と、電極ストッカ150およびプレス手段172が配置される固定式の基部を有する。真空ポンプ164は、例えば、遠心式であり、真空チャンバ163の内部を真空状態にするために使用される。配管系165は、真空ポンプ164と真空チャンバ163と連結するために使用され、リークバルブ(不図示)が配置されている。   The vacuum unit 162 includes a vacuum chamber 163, a vacuum pump 164, and a piping system 165. The vacuum chamber 163 has a detachable (openable) lid, and a fixed base on which the electrode stocker 150 and the press means 172 are arranged. The vacuum pump 164 is, for example, a centrifugal type, and is used to bring the inside of the vacuum chamber 163 into a vacuum state. The piping system 165 is used to connect the vacuum pump 164 and the vacuum chamber 163, and a leak valve (not shown) is arranged.

プレス手段172は、下部プレスプレート174、下部プレスプレート174に対して近接離間自在に配置される上部プレスプレート176、下部加熱手段175および上部加熱手段177を有する。   The press unit 172 includes a lower press plate 174, an upper press plate 176, a lower heating unit 175, and an upper heating unit 177 that are disposed so as to be close to and away from the lower press plate 174.

下部プレスプレート174は、電極ストッカ150の受け台156が配置される。上部プレスプレート176は、下部プレスプレート174と連携し、双極型電池110の積層体を押圧するために使用される。   The lower press plate 174 is provided with a receiving base 156 of the electrode stocker 150. The upper press plate 176 is used to press the stacked body of the bipolar batteries 110 in cooperation with the lower press plate 174.

下部加熱手段175および上部加熱手段177は、例えば、抵抗発熱体を有しており、下部プレスプレート174および上部プレスプレート176の内部に配置され、下部プレスプレート174および上部プレスプレート176の温度を上昇させるために使用される。   The lower heating means 175 and the upper heating means 177 have, for example, resistance heating elements and are disposed inside the lower press plate 174 and the upper press plate 176, and raise the temperature of the lower press plate 174 and the upper press plate 176. Used to make.

制御部178は、上部プレスプレート176の移動や押圧力、下部加熱手段175および上部加熱手段177の温度を制御することで、双極型電池110の積層体に対する適当な熱プレスを、真空下で実施するために使用される。   The control unit 178 controls the temperature of the upper press plate 176 and the temperature of the lower heating unit 175 and the upper heating unit 177 to perform appropriate heat pressing on the stacked body of the bipolar battery 110 under vacuum. Used to do.

なお、下部加熱手段175および上部加熱手段177の一方を省略したり、下部加熱手段175および上部加熱手段177を、下部プレスプレート174および上部プレスプレート176の外部に配置したりすることも可能である。   Note that one of the lower heating unit 175 and the upper heating unit 177 can be omitted, or the lower heating unit 175 and the upper heating unit 177 can be arranged outside the lower press plate 174 and the upper press plate 176. .

次に、真空処理装置160が適用される真空導入工程〜真空解除工程を順次説明する。   Next, a vacuum introduction process to a vacuum release process to which the vacuum processing apparatus 160 is applied will be sequentially described.

真空導入工程においては、真空チャンバ163の蓋部が外され、双極型電池110を保持している電極ストッカ150が、真空チャンバ163の基部に配置される。そして、真空チャンバ163の蓋部が装着されて、真空チャンバ163が密閉されると、真空ポンプ164が稼働され、真空チャンバ163の内部が、真空状態にされる。   In the vacuum introduction process, the lid of the vacuum chamber 163 is removed, and the electrode stocker 150 holding the bipolar battery 110 is disposed at the base of the vacuum chamber 163. When the lid of the vacuum chamber 163 is attached and the vacuum chamber 163 is sealed, the vacuum pump 164 is operated and the inside of the vacuum chamber 163 is evacuated.

電極積層工程においては、電極ストッカ150の支持構造体154が、受け台156に向かって降下する。そして、支持構造体154のクリップ機構153に把持されている双極型電池110Fが、受け台156に接触するタイミングで、クリップ機構153は、双極型電池110の把持を解消する。   In the electrode stacking step, the support structure 154 of the electrode stocker 150 is lowered toward the cradle 156. Then, when the bipolar battery 110F held by the clip mechanism 153 of the support structure 154 comes into contact with the cradle 156, the clip mechanism 153 cancels the holding of the bipolar battery 110.

受け台156に対する支持構造体154の降下を継続することで、双極型電池110Fの上方に位置する双極型電池110A〜110Eは、双極型電池110Fの場合と同様に、順次積層される。   By continuing the lowering of the support structure 154 with respect to the cradle 156, the bipolar batteries 110A to 110E positioned above the bipolar battery 110F are sequentially stacked as in the case of the bipolar battery 110F.

以上のように、双極型電池110(110A〜110F)が真空下で積層されるため、電極および電解質層の積層界面に対する気泡の混入が抑制される。そのため、使用時のイオンの移動は、害されず、電池抵抗は増大しないため、高出力密度を達成することができる。   As described above, since the bipolar battery 110 (110A to 110F) is stacked under vacuum, mixing of bubbles with respect to the stacked interface between the electrode and the electrolyte layer is suppressed. Therefore, the movement of ions during use is not harmed and the battery resistance does not increase, so that a high output density can be achieved.

なお、双極型電池110A〜110Fは、各電極112,113が接触せず、かつ電極112,113の面方向に対して垂直方向にずれることなく、電極ストッカ150の支持構造体154にセットされている。したがって、積層精度および歩留りが向上する。   The bipolar batteries 110 </ b> A to 110 </ b> F are set on the support structure 154 of the electrode stocker 150 without the electrodes 112 and 113 being in contact with each other and without being shifted in the direction perpendicular to the surface direction of the electrodes 112 and 113. Yes. Therefore, stacking accuracy and yield are improved.

プレス工程においては、電極ストッカ150の受け台156が下部プレスプレート174に配置される。この際、受け台156には、電極積層工程によって形成された双極型電池110の積層体100が保持されている。上部プレスプレート176が下部プレスプレート174に向かって降下し、積層体100を押圧し、1.0×10Paの面圧を付与する。 In the pressing process, the cradle 156 of the electrode stocker 150 is disposed on the lower press plate 174. At this time, the pedestal 156 holds the stacked body 100 of the bipolar batteries 110 formed by the electrode stacking process. The upper press plate 176 descends toward the lower press plate 174, presses the stacked body 100, and applies a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa.

一方、下部加熱手段175および上部加熱手段177が稼働され、下部プレスプレート174および上部プレスプレート176を介して、双極型電池110の積層体を加熱する。双極型電池110の積層体は、第1シール前駆体114および第2シール前駆体116を構成する1液性未硬化エポキシ樹脂の硬化温度である80℃に昇温する。   On the other hand, the lower heating means 175 and the upper heating means 177 are operated to heat the laminate of the bipolar battery 110 via the lower press plate 174 and the upper press plate 176. The laminated body of the bipolar battery 110 is heated to 80 ° C., which is the curing temperature of the one-component uncured epoxy resin constituting the first seal precursor 114 and the second seal precursor 116.

電極積層工程における真空状態を維持した状態で、このプレス条件(面圧1.0×10Paかつ80℃)で、1時間保持することで、第1シール前駆体114および第2シール前駆体116が硬化し、所定の厚みの第1シール115および第2シール117が形成され、積層体100が得られる。 The first seal precursor 114 and the second seal precursor are maintained for 1 hour under the pressing conditions (surface pressure 1.0 × 10 5 Pa and 80 ° C.) while maintaining the vacuum state in the electrode lamination step. 116 hardens | cures, the 1st seal | sticker 115 and the 2nd seal | sticker 117 of predetermined thickness are formed, and the laminated body 100 is obtained.

以上のように、プレスが真空下で積層されるため、積層界面にパージガスが混入することを抑制することができる。また、プレス時における下部プレスプレート174と上部プレスプレート176の間の距離を制御し、積層体100の厚みを、所定の値に設定することで、体積減および電解質抵抗の低減を図ることができる。   As described above, since the presses are laminated under vacuum, it is possible to suppress the purge gas from being mixed into the lamination interface. Further, by controlling the distance between the lower press plate 174 and the upper press plate 176 during pressing and setting the thickness of the laminate 100 to a predetermined value, it is possible to reduce the volume and the electrolyte resistance. .

また、加熱プレスであるため、第1シール前駆体114および第2シール前駆体116の硬化が同時に実施されるため、製造工程の短縮を図ることができる。   Moreover, since it is a heating press, the first seal precursor 114 and the second seal precursor 116 are cured simultaneously, so that the manufacturing process can be shortened.

プレス工程の前に、積層体を予熱するための予熱工程を有することも可能である。この場合、プレス工程の時間を短縮することが可能になる。必要に応じ、プレス工程においては昇温せずに、双極型電池110の積層体を加熱するための別工程を設けることも可能である。   It is possible to have a preheating step for preheating the laminated body before the pressing step. In this case, it is possible to shorten the time of the pressing process. If necessary, it is possible to provide another process for heating the laminated body of the bipolar battery 110 without increasing the temperature in the pressing process.

真空解除工程においては、真空ポンプ164の稼働が停止され、リークバルブを開にすることで、真空チャンバ163の真空状態が解除される。上部プレスプレート176が上昇し、真空チャンバ163の蓋部が外される。下部プレスプレート174に配置されている電極ストッカ150の受け台156が、積層体100を保持した状態で、取り出される。また、受け台156以外の電極ストッカ150の部品も取り出される。   In the vacuum release process, the vacuum pump 164 is stopped, and the vacuum state of the vacuum chamber 163 is released by opening the leak valve. The upper press plate 176 is raised, and the lid of the vacuum chamber 163 is removed. The cradle 156 of the electrode stocker 150 disposed on the lower press plate 174 is taken out while holding the laminated body 100. Further, parts of the electrode stocker 150 other than the cradle 156 are also taken out.

双極型電池の積層体100は、その後、最上位および最下位に端子プレート101,102が配置され、外装ケース104に収容される(図1および図2参照)。   In the bipolar battery stack 100, the terminal plates 101 and 102 are then disposed at the uppermost and lowermost positions and accommodated in the outer case 104 (see FIGS. 1 and 2).

図17は、実施の形態1に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。   FIG. 17 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the first embodiment.

実施の形態1に係る双極型電池110と比較例1〜3を対象とし、放電容量を評価した。放電容量は、正極の塗布重量から概算された容量を、100%としたときの容量である。比較例1、比較例2および比較例3は、電解液系双極型電池、ゲルポリマー電解質系双極型電池および全固体電解質系双極型電池であり、その製造が大気圧下で実施されている点で、実施の形態1と概して異なる。   The discharge capacity was evaluated for the bipolar battery 110 according to Embodiment 1 and Comparative Examples 1 to 3. The discharge capacity is a capacity when the capacity estimated from the coating weight of the positive electrode is 100%. Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 are an electrolyte-based bipolar battery, a gel polymer electrolyte-based bipolar battery, and an all-solid electrolyte-based bipolar battery, and their manufacture is performed under atmospheric pressure. Thus, it is generally different from the first embodiment.

なお、実施の形態1、比較例1および比較例2に関しては、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、21V−1Cで2時間充電を行った後、下限電圧12.5Vで1C定電流放電を行い、その後、容量測定を行っている。比較例3に関しては、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、12.5V−1Cで2時間充電を行った後、下限電圧5Vで1C定電流放電を行い、その後、容量測定を行っている。   Regarding Embodiment 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, after charging for 2 hours at 21V-1C on a capacity basis estimated from the coating weight of the positive electrode, 1C constant current at the lower limit voltage of 12.5V After discharging, the capacity is measured. Regarding Comparative Example 3, after charging for 2 hours at 12.5V-1C on a capacity basis estimated from the coating weight of the positive electrode, 1C constant current discharge was performed at the lower limit voltage of 5V, and then the capacity was measured. Yes.

図17に示されるように、実施の形態1は、93%の放電容量を有し、比較例1〜3は、70〜80%の放電容量を有している、つまり、実施の形態1は、比較例1〜3に比較し、高出力密度を達成している。   As shown in FIG. 17, the first embodiment has a discharge capacity of 93%, and the comparative examples 1 to 3 have a discharge capacity of 70 to 80%. Compared with Comparative Examples 1 to 3, a high output density is achieved.

以上のように、実施の形態1は、良好な信頼性かつ高出力密度を有する電解液系双極型電池、良好な信頼性かつ高出力密度を有する電解液系双極型電池の製造方法、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池、および、良好な信頼性を有する車両を、提供するができる。   As described above, the first embodiment provides an electrolyte-type bipolar battery having good reliability and high output density, a method for manufacturing an electrolyte-type bipolar battery having good reliability and high output density, An assembled battery having high reliability and a wide application range, and a vehicle having good reliability can be provided.

なお、電極セット工程は、設置工程などを考慮すると、大気下で実施することが好ましいが、必要に応じて、真空下で実施することも可能である。また、積層工程に投入される双極型電池は、電解質層と双極型電極とが一体化している形態に限定されず、別体となっている形態を適用することも可能である。   The electrode setting step is preferably performed in the atmosphere in consideration of the installation step and the like, but can be performed in a vacuum as necessary. Moreover, the bipolar battery put into the laminating process is not limited to the form in which the electrolyte layer and the bipolar electrode are integrated, and a separate form can also be applied.

次に、実施の形態2を説明する。   Next, a second embodiment will be described.

図18は、実施の形態2に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図、図19は、実施の形態2に係る真空処理装置を説明するための概略図である。   FIG. 18 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the second embodiment, and FIG. 19 is a schematic diagram for explaining the vacuum processing apparatus according to the second embodiment.

実施の形態2に係る双極型電池は、電解液系であり、その製造方法は、電極形成工程、シール前駆体配置工程、電極セット工程、電解質層形成工程、真空導入工程、電極積層工程、第1プレス工程、初充電工程、第2プレス工程および真空解除工程を有しており、初充電工程を介し、プレス工程が2分割されている点で、実施の形態1と概して異なる。   The bipolar battery according to the second embodiment is an electrolyte solution, and the manufacturing method thereof includes an electrode formation step, a seal precursor placement step, an electrode setting step, an electrolyte layer formation step, a vacuum introduction step, an electrode lamination step, It has a 1-press process, an initial charge process, a second press process, and a vacuum release process, and is generally different from the first embodiment in that the press process is divided into two through the initial charge process.

なお、以下において、実施の形態1と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。また、電極形成工程〜電極積層工程および真空解除工程は、実施の形態1と略一致するため、その説明は省略する。   In the following, members having the same functions as those of the first embodiment are denoted by similar reference numerals, and the description thereof is omitted to avoid duplication. Moreover, since the electrode forming step to the electrode stacking step and the vacuum releasing step substantially coincide with those of the first embodiment, the description thereof is omitted.

実施の形態2に係る真空処理装置260は、初充電工程のために、充放電装置280を有する。充放電装置280は、プレス手段272の下部プレスプレート274と上部プレスプレート276を介し、積層体200と電気的に接続可能に構成されている。なお、符号262、263、264、265および278は、真空手段、真空チャンバ、真空ポンプ、配管系および制御部を示している。   The vacuum processing apparatus 260 according to the second embodiment includes a charge / discharge device 280 for the initial charging process. The charging / discharging device 280 is configured to be electrically connected to the stacked body 200 via the lower press plate 274 and the upper press plate 276 of the press means 272. Reference numerals 262, 263, 264, 265, and 278 indicate vacuum means, a vacuum chamber, a vacuum pump, a piping system, and a control unit.

次に、第1プレス工程、初充電工程および第2プレス工程を説明する。   Next, a 1st press process, an initial charging process, and a 2nd press process are demonstrated.

第1プレス工程にいては、電極積層工程における真空状態を維持した状態で、電極ストッカ250の受け台が、下部プレスプレート274に配置される。この際、電極ストッカ250の受け台は、電極積層工程によって形成された積層体200を保持している。上部プレスプレート276が下部プレスプレート274に向かって降下し、積層体200を押圧し、1.0×10Paの面圧を付与する。 In the first pressing step, the cradle of the electrode stocker 250 is disposed on the lower press plate 274 while maintaining the vacuum state in the electrode stacking step. At this time, the pedestal of the electrode stocker 250 holds the stacked body 200 formed by the electrode stacking process. The upper press plate 276 descends toward the lower press plate 274, presses the stacked body 200, and applies a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa.

一方、下部加熱手段275および上部加熱手段277が稼働はされず、常温で、60秒保持される。これにより、第1シール前駆体および第2シール前駆体は、所定の厚みとなる。   On the other hand, the lower heating means 275 and the upper heating means 277 are not operated and are held at room temperature for 60 seconds. Thereby, the first seal precursor and the second seal precursor have a predetermined thickness.

なお、第1プレス工程のプレス条件は、特に限定されず、第2プレス工程のプレス条件を考慮し、第1シール前駆体および第2シール前駆体が硬化しないように設定される。   In addition, the press conditions of a 1st press process are not specifically limited, Considering the press conditions of a 2nd press process, it sets so that a 1st seal precursor and a 2nd seal precursor may not harden | cure.

初充電工程においては、プレス手段272の下部プレスプレート274と上部プレスプレート276を介し、第1プレス工程を経由した積層体200に対して、真空下で初回充電が行われる。したがって、初充電で発生する気泡が取り除かれるため、電池の出力密度を向上させることが可能である。初充電条件は、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、21V−0.5Cで4時間である。   In the initial charging step, the initial charging is performed under vacuum on the laminate 200 via the first pressing step via the lower press plate 274 and the upper press plate 276 of the pressing means 272. Therefore, since the bubbles generated by the initial charge are removed, the output density of the battery can be improved. The initial charging conditions are 4 hours at 21 V-0.5 C, based on the capacity estimated from the coating weight of the positive electrode.

第2プレス工程においては、初回充電が完了した積層体200が、初充電工程における真空状態を維持した状態で、加熱プレスされる。プレス条件は、面圧1.0×10Paかつ80℃の状態での1時間保持であり、実施の形態1と同様である。これにより、第1シール前駆体および第2シール前駆体が硬化し、所定の厚みの第1シールおよび第2シールが形成され、積層体200が得られる。 In the second pressing step, the laminated body 200 in which the initial charging is completed is heated and pressed in a state where the vacuum state in the initial charging step is maintained. The pressing condition is the same as in the first embodiment, which is holding for 1 hour at a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa and 80 ° C. Thereby, the first seal precursor and the second seal precursor are cured, the first seal and the second seal having a predetermined thickness are formed, and the laminate 200 is obtained.

図20は、実施の形態2に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。   FIG. 20 is a table for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the second embodiment.

図20に示されるように、実施の形態2は、98%の放電容量を有しており、93%の放電容量を有する実施の形態1(図17参照)に比べ、出力密度が向上している。   As shown in FIG. 20, the second embodiment has a discharge capacity of 98%, and the output density is improved as compared with the first embodiment (see FIG. 17) having a discharge capacity of 93%. Yes.

以上にように、実施の形態2は、実施の形態1に比べ、さらなる高出力密度を達成することが可能である。   As described above, the second embodiment can achieve higher power density than the first embodiment.

次に、実施の形態3を説明する。   Next, a third embodiment will be described.

図21は、実施の形態3に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。   FIG. 21 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the third embodiment.

実施の形態3に係る双極型電池は、ゲルポリマー電解質系であり、その製造方法は、電極形成工程、電解質層形成工程、シール前駆体形成工程、電極セット工程、真空導入工程、電極積層工程、プレス工程および真空解除工程を有する。   The bipolar battery according to Embodiment 3 is a gel polymer electrolyte system, and its manufacturing method includes an electrode formation step, an electrolyte layer formation step, a seal precursor formation step, an electrode setting step, a vacuum introduction step, an electrode lamination step, It has a press process and a vacuum release process.

次に、各工程を順次説明する。図22は、図21に示されるシール前駆体配置工程を説明するための断面図、図23は、図21に示される電極セット工程を説明するための断面図ある。   Next, each step will be described sequentially. 22 is a cross-sectional view for explaining the seal precursor arranging step shown in FIG. 21, and FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining the electrode setting step shown in FIG.

電極形成工程においては、実施の形態1と同様に、集電体311の一方の面および他方の面に、正極313および負極312がそれぞれ形成された双極型電池310が得られる。   In the electrode formation step, the bipolar battery 310 in which the positive electrode 313 and the negative electrode 312 are respectively formed on one surface and the other surface of the current collector 311 is obtained as in the first embodiment.

電解質層形成工程においては、電解質が、正極313および負極312の電極部に塗布される。   In the electrolyte layer forming step, an electrolyte is applied to the electrode portions of the positive electrode 313 and the negative electrode 312.

電解質は、電解液[90重量%]およびホストポリマー[10重量%]の有し、粘度調整溶媒を添加することで、塗布に適した粘度にされている。   The electrolyte has an electrolytic solution [90% by weight] and a host polymer [10% by weight], and has a viscosity suitable for coating by adding a viscosity adjusting solvent.

電解液は、PC(プロピレンカーボネート)およびEC(エチレンカーボネート)からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩(LiPF)を含んでいる。リチウム塩濃度は、1Mである。 The electrolytic solution contains an organic solvent composed of PC (propylene carbonate) and EC (ethylene carbonate), and a lithium salt (LiPF 6 ) as a supporting salt. The lithium salt concentration is 1M.

ホストポリマーは、HFP(ヘキサフルオロプロピレン)コポリマーを10%含むPVDF−HFP(ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体)である。粘度調製溶媒は、DMC(ジメチルカーボネート)である。   The host polymer is PVDF-HFP (copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene) containing 10% of HFP (hexafluoropropylene) copolymer. The viscosity adjusting solvent is DMC (dimethyl carbonate).

電極部に塗布された電解質は、乾燥され、DMCを揮発させることで、正極313および負極312上に、ゲルポリマー電解質層318,319が形成される。   The electrolyte applied to the electrode part is dried and the DMC is volatilized to form gel polymer electrolyte layers 318 and 319 on the positive electrode 313 and the negative electrode 312.

ホストポリマーは、PVDF−HFPに限定されず、その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子や、イオン伝導性を有する高分子(固体高分子電解質)を適用することも可能である。その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子は、例えば、PAN(ポリアクリロニトリル)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)である。イオン伝導性を有する高分子は、例えば、PEO(ポリエチレンオキシド)やPPO(ポリプロピレンオキシド)である。粘度調製溶媒は、DMCに限定されない。   The host polymer is not limited to PVDF-HFP, and other polymers that do not have lithium ion conductivity or polymers that have ion conductivity (solid polymer electrolyte) can also be applied. Other polymers having no lithium ion conductivity are, for example, PAN (polyacrylonitrile) and PMMA (polymethyl methacrylate). Examples of the polymer having ion conductivity include PEO (polyethylene oxide) and PPO (polypropylene oxide). The viscosity adjusting solvent is not limited to DMC.

シール前駆体形成工程にいては、実施の形態1と同様に、第1シール前駆体314、スペーサ320および第2シール前駆体316が配置される。   In the seal precursor forming step, the first seal precursor 314, the spacer 320, and the second seal precursor 316 are arranged as in the first embodiment.

電極セット工程においては、6枚の双極型電池310(310A〜310F)が、負極面を上にした状態で、各電極312,313が接触せず、かつ電極312,313の面方向に対して垂直方向にずれることなく、電極ストッカ350の支持構造体354にセットされる。   In the electrode setting process, the six bipolar batteries 310 (310A to 310F) are not in contact with each other with the negative electrode face up, and the surface direction of the electrodes 312 and 313 is not in contact with each other. It is set on the support structure 354 of the electrode stocker 350 without shifting in the vertical direction.

なお、最下位に保持される双極型電池310Fは、正極側のゲルポリマー電解質層318、第1シール前駆体314、第2シール前駆体316およびスペーサ320を有していない。最上位に保持される双極型電池310Aは、負極側のゲルポリマー電解質層319を有していない。   Note that the bipolar battery 310F held at the lowest level does not include the gel polymer electrolyte layer 318, the first seal precursor 314, the second seal precursor 316, and the spacer 320 on the positive electrode side. The bipolar battery 310A held at the uppermost layer does not have the gel polymer electrolyte layer 319 on the negative electrode side.

真空導入工程においては、双極型電池310を保持している電極ストッカが、真空チャンバの基部に配置されると、真空チャンバの内部が、真空状態に保持される。   In the vacuum introduction process, when the electrode stocker holding the bipolar battery 310 is disposed at the base of the vacuum chamber, the inside of the vacuum chamber is held in a vacuum state.

電極積層工程においては、真空下で、支持構造体354を受け台356に対して降下させながら、クリップ機構353の把持を順次解消することで、双極型電池310A〜310Fが、順次積層される。   In the electrode stacking step, the bipolar batteries 310A to 310F are sequentially stacked by sequentially eliminating the gripping of the clip mechanism 353 while lowering the support structure 354 with respect to the receiving table 356 under vacuum.

プレス工程においては、積層体300が、真空状態を維持した状態で、加熱プレスされる。プレス条件は、面圧1.0×10Paかつ80℃の状態での1時間保持である。これにより、第1シール前駆体および第2シール前駆体が硬化し、所定の厚みの第1シールおよび第2シールが形成される。また、ゲルポリマー電解質層318,319は、可塑化し、所定の厚みを有することなる。 In the pressing step, the laminated body 300 is heated and pressed while maintaining a vacuum state. The pressing conditions are 1 hour holding at a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa and 80 ° C. Thereby, the first seal precursor and the second seal precursor are cured, and the first seal and the second seal having a predetermined thickness are formed. The gel polymer electrolyte layers 318 and 319 are plasticized and have a predetermined thickness.

ゲルポリマー電解質層318,319は、ポリマー骨格に電解液を保持した熱可塑型であるため、漏液が防止され、液絡を防ぎ信頼性の高い双極型電池を構成することが可能である。   Since the gel polymer electrolyte layers 318 and 319 are of a thermoplastic type in which an electrolytic solution is held in a polymer skeleton, liquid leakage is prevented and a liquid crystal is prevented and a highly reliable bipolar battery can be configured.

また、加熱下でプレスされるため、第1シール前駆体114および第2シール前駆体116の硬化、ゲルポリマー電解質層318,319の完成が同時に実施されるため、製造工程の短縮を図ることができる。   In addition, since the pressing is performed under heating, the first seal precursor 114 and the second seal precursor 116 are cured and the gel polymer electrolyte layers 318 and 319 are completed at the same time, so that the manufacturing process can be shortened. it can.

真空解除工程においては、真空チャンバの真空状態が解除され、積層体300が取り出される。   In the vacuum releasing step, the vacuum state of the vacuum chamber is released and the stacked body 300 is taken out.

図24は、実施の形態3に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。   FIG. 24 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the third embodiment.

実施の形態3は、90%の放電容量を有し、70〜80%の放電容量を有する比較例1〜3(図17参照)に比較し、高出力密度を達成している。   The third embodiment has a discharge capacity of 90% and achieves a higher output density than Comparative Examples 1 to 3 (see FIG. 17) having a discharge capacity of 70 to 80%.

以上のように、実施の形態3は、良好な信頼性かつ高出力密度を有するゲルポリマー電解質系双極型電池、良好な信頼性かつ高出力密度を有するゲルポリマー電解質系双極型電池の製造方法、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池、および、良好な信頼性を有する車両を、提供するができる。   As described above, the third embodiment is a gel polymer electrolyte bipolar battery having good reliability and high output density, a method for producing a gel polymer electrolyte bipolar battery having good reliability and high output density, An assembled battery having good reliability and a wide application range, and a vehicle having good reliability can be provided.

なお、ゲルポリマー電解質は、熱可塑型に限定されず、熱可塑型を適用することも可能である。この場合も、漏液が防止され、液絡を防ぎ信頼性の高い双極型電池を構成することが可能である。   The gel polymer electrolyte is not limited to a thermoplastic type, and a thermoplastic type can also be applied. Also in this case, it is possible to constitute a bipolar battery that prevents liquid leakage and prevents liquid junction and has high reliability.

次に、実施の形態4を説明する。   Next, a fourth embodiment will be described.

図25は、実施の形態4に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。   FIG. 25 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the fourth embodiment.

実施の形態4に係る双極型電池は、ゲルポリマー電解質系であり、その製造方法は、電極形成工程、電解質層形成工程、シール前駆体形成工程、電極セット工程、真空導入工程、電極積層工程、第1プレス工程、初充電工程、第2プレス工程および真空解除工程を有しており、初充電工程を介し、プレス工程が2分割されている点で、実施の形態3と概して異なる。第1プレス工程、初充電工程および第2プレス工程の操作条件は、実施の形態2と同様であるので、重複を避けるため、その説明を省略する。   The bipolar battery according to Embodiment 4 is a gel polymer electrolyte system, and its manufacturing method includes an electrode formation step, an electrolyte layer formation step, a seal precursor formation step, an electrode setting step, a vacuum introduction step, an electrode lamination step, It has a first press step, an initial charge step, a second press step, and a vacuum release step, and is generally different from the third embodiment in that the press step is divided into two through the initial charge step. Since the operating conditions of the first pressing step, the initial charging step, and the second pressing step are the same as those in the second embodiment, the description thereof is omitted to avoid duplication.

図26は、実施の形態4に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。   FIG. 26 is a table for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the fourth embodiment.

実施の形態4は、97%の放電容量を有しており、90%の放電容量を有する実施の形態3(図24参照)に比べ、出力密度が向上している。   The fourth embodiment has a discharge capacity of 97%, and the output density is improved as compared with the third embodiment (see FIG. 24) having a discharge capacity of 90%.

以上にように、実施の形態4は、実施の形態3に比べ、さらなる高出力密度を達成することが可能である。   As described above, the fourth embodiment can achieve a higher power density than the third embodiment.

次に、実施の形態5を説明する。   Next, a fifth embodiment will be described.

図27は、実施の形態5に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。   FIG. 27 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the fifth embodiment.

実施の形態5に係る双極型電池は、全固体電解質系であり、その製造方法は、電極形成工程、電解質層形成工程、電極セット工程、真空導入工程、電極積層工程、プレス工程および真空解除工程を有する。   The bipolar battery according to the fifth embodiment is an all-solid electrolyte system, and its manufacturing method includes an electrode forming process, an electrolyte layer forming process, an electrode setting process, a vacuum introducing process, an electrode stacking process, a pressing process, and a vacuum releasing process. Have

次に、各工程を順次説明する。図28は、図27に示される固体電解質層の形成を説明するための断面図、図29は、図27に示される電極セット工程の形成を説明するための断面図、図30は、実施の形態5に係る真空処理装置を説明するための概略図である。   Next, each step will be described sequentially. 28 is a cross-sectional view for explaining the formation of the solid electrolyte layer shown in FIG. 27, FIG. 29 is a cross-sectional view for explaining the formation of the electrode setting step shown in FIG. 27, and FIG. It is the schematic for demonstrating the vacuum processing apparatus which concerns on the form 5.

電極形成工程においては、まず、正極スラリーが調整される。正極スラリーは、正極活物質[22重量%]、導電助剤[6重量%]、ポリマー[18重量%]、支持塩としてのリチウム塩[9重量%]、スラリー粘度調整溶媒[45重量%]、および、微量の重合開始剤を含んでいる。   In the electrode forming step, first, the positive electrode slurry is adjusted. The positive electrode slurry comprises a positive electrode active material [22% by weight], a conductive auxiliary agent [6% by weight], a polymer [18% by weight], a lithium salt [9% by weight] as a supporting salt, and a slurry viscosity adjusting solvent [45% by weight]. And a small amount of a polymerization initiator.

正極活物質は、LiMnである。導電助剤は、アセチレンブラックである。ポリマーは、ポリエチレンオキシド(PEO)である。リチウム塩は、Li(CSONである。スラリー粘度調整溶媒は、NMPである。重合開始剤は、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル)である。 The positive electrode active material is LiMn 2 O 4 . The conductive auxiliary agent is acetylene black. The polymer is polyethylene oxide (PEO). The lithium salt is Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. The slurry viscosity adjusting solvent is NMP. The polymerization initiator is AIBN (azobisisobutyronitrile).

正極スラリーは、ステンレススチール箔からなる集電体511の一方の面に塗布される。正極スラリーの塗膜は、例えば、オーブンを利用して、110℃かつ4時間保持され、熱重合により硬化することで、正極活物質層からなる正極513が形成される。   The positive electrode slurry is applied to one surface of a current collector 511 made of stainless steel foil. The coating film of the positive electrode slurry is held at 110 ° C. for 4 hours using an oven, for example, and cured by thermal polymerization, whereby the positive electrode 513 including the positive electrode active material layer is formed.

次に、負極スラリーが調整される。負極スラリーは、負極活物質[14重量%]、導電助剤[4重量%]、ポリマー[20重量%]、支持塩としてのリチウム塩[11重量%]、スラリー粘度調整溶媒[51重量%]、および、微量の重合開始剤を含んでいる。   Next, the negative electrode slurry is adjusted. The negative electrode slurry comprises a negative electrode active material [14% by weight], a conductive auxiliary agent [4% by weight], a polymer [20% by weight], a lithium salt [11% by weight] as a supporting salt, and a slurry viscosity adjusting solvent [51% by weight]. And a small amount of a polymerization initiator.

負極活物質は、LiTi12である。導電助剤は、アセチレンブラックである。ポリマーは、PEOである。リチウム塩は、Li(CSONである。スラリー粘度調整溶媒は、NMPである。重合開始剤は、AIBNである。 The negative electrode active material is Li 4 Ti 5 O 12 . The conductive auxiliary agent is acetylene black. The polymer is PEO. The lithium salt is Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. The slurry viscosity adjusting solvent is NMP. The polymerization initiator is AIBN.

負極スラリーは、集電体511の他方の面に、塗布される。負極スラリーの塗膜は、例えば、オーブンを利用して、110℃かつ4時間保持され、熱重合により硬化することで、負極活物質層からなる負極512が形成される。   The negative electrode slurry is applied to the other surface of the current collector 511. The coating film of the negative electrode slurry is held, for example, at 110 ° C. for 4 hours using an oven, and cured by thermal polymerization, whereby the negative electrode 512 made of the negative electrode active material layer is formed.

この結果、集電体511の一方の面および他方の面に、正極513および負極512がそれぞれ形成された双極型電池510が得られる。   As a result, a bipolar battery 510 in which the positive electrode 513 and the negative electrode 512 are formed on one surface and the other surface of the current collector 511 is obtained.

双極型電池510は、330×250(mm)のサイズに切り取られる。正極513および負極512の外周部は、集電体511を露出させるために、10mmの幅で剥がし取られる。   The bipolar battery 510 is cut to a size of 330 × 250 (mm). The outer peripheral portions of the positive electrode 513 and the negative electrode 512 are peeled off with a width of 10 mm in order to expose the current collector 511.

電解質層形成工程においては、まず、固体電解質スラリーが調整される。固体電解質スラリーは、ポリマー[64.5重量%]および支持塩としてのリチウム塩[35.5重量%]を含んでおり、粘度調製溶媒によって所定の粘度とされている。   In the electrolyte layer forming step, first, a solid electrolyte slurry is prepared. The solid electrolyte slurry contains a polymer [64.5% by weight] and a lithium salt [35.5% by weight] as a supporting salt, and has a predetermined viscosity by a viscosity adjusting solvent.

ポリマーは、PEOである。リチウム塩は、Li(CSONである。粘度調製溶媒は、アセトニトリルである。ポリマーは、PEOに限定されず、その他の固体高分子電解質(例えば、PPO)や、セラミックなどのイオン伝導性を持つ無機固体型電解質を適用することも可能である。 The polymer is PEO. The lithium salt is Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. The viscosity adjusting solvent is acetonitrile. The polymer is not limited to PEO, and other solid polymer electrolytes (for example, PPO) and inorganic solid electrolytes having ion conductivity such as ceramics can also be applied.

固体電解質スラリーは、正極513の電極部分のみに塗布される。固体電解質スラリーの塗布層は、乾燥させることで粘度調製溶媒が揮発し、40μmの全固体電解質層539が形成される。全固体電解質層539においては、漏液は皆無となり、信頼性の高い双極型電池を構成できる。   The solid electrolyte slurry is applied only to the electrode portion of the positive electrode 513. By drying the coating layer of the solid electrolyte slurry, the viscosity adjusting solvent is volatilized to form a 40 μm all solid electrolyte layer 539. In the all solid electrolyte layer 539, there is no leakage, and a highly reliable bipolar battery can be configured.

一方、集電体511が露出している双極型電池510の正極側外周部には、絶縁材料515が配置される。絶縁材料515は、例えば、ポリイミド製カプトン(登録商標)テープである。   On the other hand, an insulating material 515 is disposed on the outer periphery of the positive electrode side of the bipolar battery 510 where the current collector 511 is exposed. The insulating material 515 is, for example, a polyimide Kapton (registered trademark) tape.

電極セット工程においては、実施の形態1と同様に、6枚の双極型電池510(510A〜510F)が、負極面を上にした状態で、各電極512,513が接触せず、かつ電極512,513の面方向に対して垂直方向にずれることなく、電極ストッカ550の支持構造体554にセットされる。   In the electrode setting step, as in the first embodiment, the six bipolar batteries 510 (510A to 510F) are not in contact with each other with the electrodes 512 and 513 in contact with the negative electrode face up. , 513 is set on the support structure 554 of the electrode stocker 550 without being displaced in the direction perpendicular to the surface direction.

なお、最下位に保持される双極型電池510Fは、正極513、全固体電解質層539および絶縁材料515を有していない。最上位に保持される双極型電池510Aは、負極512を有していない。   Note that the bipolar battery 510F held at the lowest level does not include the positive electrode 513, the all solid electrolyte layer 539, and the insulating material 515. The bipolar battery 510 </ b> A held at the top does not have the negative electrode 512.

真空導入工程においては、双極型電池510を保持している電極ストッカ550が、真空チャンバ563の基部に配置されると、真空チャンバ563の内部が、真空状態に保持される。   In the vacuum introduction process, when the electrode stocker 550 holding the bipolar battery 510 is disposed at the base of the vacuum chamber 563, the inside of the vacuum chamber 563 is held in a vacuum state.

電極積層工程においては、実施の形態1と同様に、真空下で、支持構造体554を受け台556に対して降下させながら、クリップ機構553の把持を順次解消することで、双極型電池510A〜510Fが、順次積層される。   In the electrode stacking step, as in the first embodiment, the holding of the clip mechanism 553 is sequentially eliminated while lowering the support structure 554 with respect to the pedestal 556 under vacuum, so that the bipolar batteries 510A˜ 510F are sequentially stacked.

プレス工程においては、積層体500が、真空状態を維持した状態で、プレスされる。プレス条件は、面圧1.0×10Paかつ常温の状態での3分間保持である。これにより、負極512と全固体電解質層539が密着する。なお、実施の形態5に係るプレス工程は、加熱プレスが適用されないため、真空処理装置560のプレス手段572の下部プレスプレート574および上部プレスプレート576には、加熱手段が配置されていない。なお、符号562、564、565および578は、真空手段、真空ポンプ、配管系および制御部を示している。 In the pressing step, the laminated body 500 is pressed in a state where a vacuum state is maintained. The pressing condition is a holding for 3 minutes at a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa and a normal temperature. As a result, the negative electrode 512 and the all solid electrolyte layer 539 are in close contact with each other. In the pressing process according to the fifth embodiment, since no heating press is applied, no heating means is disposed in the lower press plate 574 and the upper press plate 576 of the pressing means 572 of the vacuum processing apparatus 560. Reference numerals 562, 564, 565, and 578 indicate a vacuum means, a vacuum pump, a piping system, and a control unit.

真空解除工程においては、真空チャンバ563の真空状態が解除され、積層体500が取り出される。   In the vacuum releasing step, the vacuum state of the vacuum chamber 563 is released, and the stacked body 500 is taken out.

図31は、実施の形態5に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。   FIG. 31 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the fifth embodiment.

実施の形態5は、91%の放電容量を有し、70〜80%の放電容量を有する比較例1〜3(図17参照)に比較し、高出力密度を達成している。   The fifth embodiment has a discharge capacity of 91% and achieves a higher output density than Comparative Examples 1 to 3 (see FIG. 17) having a discharge capacity of 70 to 80%.

以上のように、実施の形態5は、良好な信頼性かつ高出力密度を有する全固体電解質系双極型電池、良好な信頼性かつ高出力密度を有する全固体電解質系双極型電池の製造方法、良好な信頼性を有しかつ適用範囲が広い組電池、および、良好な信頼性を有する車両を、提供するができる。   As described above, the fifth embodiment is an all-solid electrolyte bipolar battery having good reliability and high output density, and a manufacturing method of an all-solid electrolyte bipolar battery having good reliability and high output density. An assembled battery having good reliability and a wide application range, and a vehicle having good reliability can be provided.

次に、実施の形態6を説明する。   Next, a sixth embodiment will be described.

図32は、実施の形態6に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図、図33は、実施の形態6に係る真空処理装置を説明するための概略図である。   FIG. 32 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the sixth embodiment, and FIG. 33 is a schematic diagram for explaining the vacuum processing apparatus according to the sixth embodiment.

実施の形態6に係る双極型電池は、全固体電解質系であり、その製造方法は、電極形成工程、電解質層形成工程、電極セット工程、真空導入工程、電極積層工程、第1プレス工程、初充電工程、第2プレス工程および真空解除工程を有する。初充電工程を介し、プレス工程が2分割されている点で、実施の形態5と概して異なる。   The bipolar battery according to the sixth embodiment is an all-solid electrolyte system, and its manufacturing method includes an electrode formation process, an electrolyte layer formation process, an electrode setting process, a vacuum introduction process, an electrode lamination process, a first press process, It has a charge process, a 2nd press process, and a vacuum release process. It is generally different from the fifth embodiment in that the pressing process is divided into two through the initial charging process.

また、真空処理装置660は、初充電工程のために、充放電装置680を有する。充放電装置680は、プレス手段672の下部プレスプレート674と上部プレスプレート676を介し、積層体と電気的に接続可能に構成されている。なお、符号662、663、664、665および678は、真空手段、真空チャンバ、真空ポンプ、配管系および制御部を示している。   Moreover, the vacuum processing apparatus 660 has the charging / discharging apparatus 680 for an initial charging process. The charging / discharging device 680 is configured to be electrically connectable to the stacked body via the lower press plate 674 and the upper press plate 676 of the press means 672. Reference numerals 662, 663, 664, 665, and 678 denote a vacuum means, a vacuum chamber, a vacuum pump, a piping system, and a control unit.

次に、第1プレス工程、初充電工程および第2プレス工程を説明する。   Next, a 1st press process, an initial charging process, and a 2nd press process are demonstrated.

第1プレス工程にいては、電極積層工程における真空状態を維持した状態で、電極ストッカ650の受け台が、下部プレスプレート674に配置される。この際、電極ストッカ650の受け台は、電極積層工程によって形成された積層体600を保持している。プレス手段672の上部プレスプレート676が下部プレスプレート674に向かって降下し、積層体を押圧し、1.0×10Paの面圧を付与し、常温で、60秒保持される。これにより、負極と全固体電解質層が接触する。 In the first pressing step, the pedestal of the electrode stocker 650 is disposed on the lower press plate 674 while maintaining the vacuum state in the electrode stacking step. At this time, the pedestal of the electrode stocker 650 holds the stacked body 600 formed by the electrode stacking process. The upper press plate 676 of the pressing means 672 descends toward the lower press plate 674, presses the laminate, applies a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa, and is held at room temperature for 60 seconds. Thereby, a negative electrode and an all-solid-state electrolyte layer contact.

初充電工程においては、下部プレスプレート674と上部プレスプレート676を介し、第1プレス工程を経由した積層体600に対して、真空下で初回充電が行われる。したがって、初充電で発生する気泡が取り除かれるため、電池の出力密度を向上させることが可能である。初充電条件は、正極の塗布重量から概算された容量ベースで、2.5V−0.5Cで4時間である。   In the initial charging step, the first charge is performed under vacuum on the stacked body 600 that has passed through the first press step via the lower press plate 674 and the upper press plate 676. Therefore, since the bubbles generated by the initial charge are removed, the output density of the battery can be improved. The initial charging condition is a capacity base estimated from the coating weight of the positive electrode and is 2.5 V-0.5 C for 4 hours.

第2プレス工程においては、初回充電が完了した積層体が、初充電工程における真空状態を維持した状態で、プレスされる。プレス条件は、面圧1.0×10Paかつ常温の状態での60秒保持である。これにより、発生したガスを外部に追い出される一方、負極612と全固体電解質層639が密着する。 In the second pressing step, the laminated body that has been initially charged is pressed in a state in which the vacuum state in the initial charging step is maintained. The pressing conditions are a 60-second holding at a surface pressure of 1.0 × 10 5 Pa and a normal temperature. As a result, the generated gas is expelled to the outside, and the negative electrode 612 and the all solid electrolyte layer 639 are in close contact with each other.

図34は、実施の形態6に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。   FIG. 34 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to the sixth embodiment.

実施の形態6は、95%の放電容量を有しており、91%の放電容量を有する実施の形態5(図31参照)に比べ、出力密度が向上している。   The sixth embodiment has a discharge capacity of 95%, and the output density is improved as compared with the fifth embodiment (see FIG. 31) having a discharge capacity of 91%.

以上にように、実施の形態6は、実施の形態5に比べ、さらなる高出力密度を達成することが可能である。   As described above, the sixth embodiment can achieve a higher power density than the fifth embodiment.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims.

実施の形態1に係る双極型電池を説明するための斜視図である。1 is a perspective view for explaining a bipolar battery according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る双極型電池を説明するための断面図である。4 is a cross-sectional view for explaining the bipolar battery according to Embodiment 1. FIG. 図1に示される双極型電池を利用する組電池を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the assembled battery using the bipolar battery shown by FIG. 図3に示される組電池が搭載されている車両の概略図である。It is the schematic of the vehicle by which the assembled battery shown by FIG. 3 is mounted.


実施の形態1に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 3 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the first embodiment. 図5に示される電極形成工程に係る正極を説明するための正面図である。It is a front view for demonstrating the positive electrode which concerns on the electrode formation process shown by FIG. 図5に示される電極形成工程に係る負極を説明するための背面図である。It is a rear view for demonstrating the negative electrode which concerns on the electrode formation process shown by FIG. 図6の線VIII−VIIIに関する断面図である。It is sectional drawing regarding line VIII-VIII of FIG. 図5に示されるシール前駆体配置工程の第1シール前駆体を説明するための正面図である。It is a front view for demonstrating the 1st seal precursor of the seal precursor arrangement | positioning process shown by FIG. 図9の線X−Xに関する断面図である。It is sectional drawing regarding line XX of FIG. 図5に示されるシール前駆体配置工程の第2シール前駆体を説明するための正面図である。It is a front view for demonstrating the 2nd seal precursor of the seal precursor arrangement | positioning process shown by FIG. 図9の線XII−XIIに関する断面図である。It is sectional drawing regarding the line XII-XII of FIG. 図5に示される電極セット工程に係る電極保持機構を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the electrode holding mechanism which concerns on the electrode setting process shown by FIG. 図5に示される真空導入工程〜真空解除工程に係る真空処理装置を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the vacuum processing apparatus which concerns on the vacuum introduction process-vacuum release process shown by FIG. 図5に示される電極積層工程を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the electrode lamination process shown by FIG. 図5に示されるプレス工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the press process shown by FIG. 実施の形態1に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。4 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to Embodiment 1. 実施の形態2に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 6 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the second embodiment. 実施の形態2に係る真空処理装置を説明するための概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a vacuum processing apparatus according to a second embodiment. 実施の形態2に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。5 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to Embodiment 2. 実施の形態3に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 10 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the third embodiment. 図21に示されるシール前駆体配置工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the seal | sticker precursor arrangement | positioning process shown by FIG. 図21に示される電極セット工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the electrode setting process shown by FIG. 実施の形態3に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。10 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to Embodiment 3. 実施の形態4に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 10 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。10 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to Embodiment 4. 実施の形態5に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 10 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the fifth embodiment. 図27に示される固体電解質層の形成を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating formation of the solid electrolyte layer shown by FIG. 図27に示される電極セット工程の形成を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating formation of the electrode setting process shown by FIG. 実施の形態5に係る真空処理装置を説明するための概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a vacuum processing apparatus according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。10 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to Embodiment 5. 実施の形態6に係る双極型電池の製造方法を説明するための工程図である。FIG. 10 is a process diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar battery according to the sixth embodiment. 実施の形態6に係る真空処理装置を説明するための概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a vacuum processing apparatus according to a sixth embodiment. 実施の形態6に係る双極型電池の放電容量の評価結果を説明するための図表である。12 is a chart for explaining the evaluation results of the discharge capacity of the bipolar battery according to Embodiment 6.

符号の説明Explanation of symbols

100・・積層体、
101,102・・端子プレート、
104・・外装ケース、
105,106・・電極タブ、
110(110A〜110F)・・双極型電池、
111・・集電体、
112・・負極、
113・・正極、
114・・第1シール前駆体、
115・・第1シール、
116・・第2シール前駆体、
117・・第2シール、
120・・スペーサ、
130・・組電池、
132,134・・導電バー、
140・・組電池モジュール、
145・・車両、
150・・電極ストッカ、
152・・電極保持機構、
153・・クリップ機構、
154・・支持構造体、
156・・受け台、
160・・真空処理装置、
162・・真空手段、
163・・真空チャンバ、
164・・真空ポンプ、
165・・配管系、
172・・プレス手段、
174・・下部プレスプレート、
175・・下部加熱手段、
176・・上部プレスプレート、
177・・上部加熱手段、
178・・制御部、
200・・積層体、
250・・電極ストッカ、
260・・真空処理装置、
262・・真空手段、
263・・真空チャンバ、
264・・真空ポンプ、
265・・配管系、
272・・プレス手段、
274・・下部プレスプレート、
275・・下部加熱手段、
276・・上部プレスプレート、
277・・上部加熱手段、
278・・制御部、
280・・充放電装置、
300・・積層体、
310・・双極型電池、
310(310A〜310F)・・双極型電池、
311・・集電体、
312・・負極、
313・・正極、
314・・第1シール前駆体、
316・・第2シール前駆体、
318,319・・ゲルポリマー電解質層、
320・・スペーサ、
350・・電極ストッカ、
353・・クリップ機構、
354・・支持構造体、
356・・受け台、
500・・積層体、
510(510A〜510F)・・双極型電池、
511・・集電体、
512・・負極、
513・・正極、
515・・絶縁材料、
539・・全固体電解質層、
550・・電極ストッカ、
553・・クリップ機構、
554・・支持構造体、
556・・受け台、
560・・真空処理装置、
562・・真空手段、
563・・真空チャンバ、
564・・真空ポンプ、
565・・配管系、
572・・プレス手段、
574・・下部プレスプレート、
576・・上部プレスプレート、
578・・制御部、
612・・負極、
639・・全固体電解質層、
650・・電極ストッカ、
660・・真空処理装置、
662・・真空手段、
663・・真空チャンバ、
664・・真空ポンプ、
665・・配管系、
672・・プレス手段、
674・・下部プレスプレート、
676・・上部プレスプレート、
678・・制御部、
680・・充放電装置。
100 ... Laminated body,
101, 102 ... Terminal plate,
104 .. Exterior case,
105, 106.. Electrode tab,
110 (110A to 110F) .. Bipolar battery,
111 .. current collector,
112 .. Negative electrode,
113 .. Positive electrode,
114 .. First seal precursor,
115 .. First seal,
116 .. Second seal precursor,
117 .. second seal,
120 .. Spacer,
130..Battery,
132,134 ... conductive bar,
140..Battery module,
145 ... Vehicle,
150 .. electrode stocker,
152 .. Electrode holding mechanism,
153 .. Clip mechanism,
154 .. Support structure,
156 ... the cradle,
160 ... Vacuum processing equipment,
162..Vacuum means,
163 ... Vacuum chamber,
164 ... Vacuum pump
165 ... Piping system
172 ..Pressing means,
174 ... Lower press plate,
175 .. Lower heating means,
176 .. Upper press plate,
177 .. Upper heating means,
178 .. Control part,
200 ... Laminated body,
250 .. Electrode stocker,
260 .. Vacuum processing equipment,
262 .. Vacuum means,
263 ... Vacuum chamber,
H.264 ・ ・ Vacuum pump
265 ... Piping system
272 ... Pressing means
274 ... Lower press plate,
275 .. Lower heating means,
276 .. Upper press plate,
277 .. Upper heating means,
278 .. Control part,
280 ... Charge / discharge device,
300 ... Laminated body,
310 .. Bipolar battery,
310 (310A to 310F) .. Bipolar battery,
311 ... current collector,
312 .. Negative electrode,
313 .. Positive electrode,
314 .. First seal precursor,
316 .. Second seal precursor,
318, 319 .. Gel polymer electrolyte layer,
320 .. spacer,
350 .. Electrode stocker,
353 .. Clip mechanism,
354 .. Support structure,
356 ... the cradle,
500 ... Laminated body,
510 (510A to 510F) .. Bipolar battery,
511 .. current collector,
512 .. Negative electrode,
513 .. Positive electrode,
515..Insulating material,
539..All solid electrolyte layer,
550 .. Electrode stocker,
553 .. Clip mechanism,
554 .. Support structure,
556 .. cradle,
560 ... Vacuum processing equipment,
562..Vacuum means,
563 .. Vacuum chamber,
564 ... Vacuum pump,
565-Piping system,
572 ... Pressing means,
574 ... Lower press plate,
576 .. Upper press plate,
578 .. control part,
612 .. Negative electrode,
639..All solid electrolyte layer,
650 .. Electrode stocker,
660 ... Vacuum processing equipment,
662 ..Vacuum means,
663 .. Vacuum chamber,
664 ... Vacuum pump
665 ... Piping system
672 ... Pressing means
674 ... Lower press plate,
676 .. Upper press plate,
678 .. Control part,
680 .. Charge / discharge device.

Claims (17)

正極、負極、および、前記正極および前記負極の間に配置される集電体を有する双極型電極と、前記正極と前記負極の間に配置される電解質層とを有する双極型電池の製造方法であって、
前記双極型電極および前記電解質層を、真空下で交互に複数積層するための電極積層工程を有する
ことを特徴とする双極型電池の製造方法。
A method for producing a bipolar battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode having a current collector disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte layer disposed between the positive electrode and the negative electrode. There,
A method of manufacturing a bipolar battery, comprising: an electrode stacking step for alternately stacking the bipolar electrode and the electrolyte layer under vacuum.
前記双極型電極を前記電極積層工程に投入する前において、各電極が接触しないように、電極保持機構にセットするための電極セット工程を、さらに有することを特徴とする請求項1に記載の双極型電池の製造方法。   2. The bipolar device according to claim 1, further comprising an electrode setting step for setting the electrode holding mechanism so that the electrodes do not contact each other before the bipolar electrode is put into the electrode stacking step. Type battery manufacturing method. 前記電極積層工程によって形成された積層体を、前記電極積層工程における真空状態を維持した状態で、プレスするための第1プレス工程を、さらに有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の双極型電池の製造方法。   3. The method according to claim 1, further comprising a first pressing step for pressing the laminate formed by the electrode lamination step in a state where the vacuum state in the electrode lamination step is maintained. The manufacturing method of the bipolar battery of description. 前記第1プレス工程のプレスは、加熱プレスであることを特徴とする請求項3に記載の双極型電池の製造方法。   The method of manufacturing a bipolar battery according to claim 3, wherein the press in the first pressing step is a heating press. 前記第1プレス工程の前に、前記積層体を予熱するための予熱工程を、さらに有することを特徴とする請求項4に記載の双極型電池の製造方法。   5. The method of manufacturing a bipolar battery according to claim 4, further comprising a preheating step for preheating the laminate before the first pressing step. 6. 前記第1プレス工程を経由した前記積層体に対して、真空下で初回充電を行うための初充電工程を、さらに有することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の双極型電池の製造方法。   The bipolar according to any one of claims 3 to 5, further comprising an initial charging step for performing initial charging under vacuum on the laminate through the first pressing step. Type battery manufacturing method. 前記初回充電が完了した積層体を、前記初充電工程における真空状態を維持した状態で、プレスするための第2プレス工程を、さらに有すことを特徴とする請求項6に記載の双極型電池の製造方法。   The bipolar battery according to claim 6, further comprising a second pressing step for pressing the laminated body that has been subjected to the initial charging in a state where the vacuum state in the initial charging step is maintained. Manufacturing method. 前記第2プレス工程のプレスは、加熱プレスであることを特徴とする請求項7に記載の双極型電池の製造方法。   The bipolar battery manufacturing method according to claim 7, wherein the pressing in the second pressing step is a heating press. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の双極型電池の製造方法によって製造されたことを特徴とする双極型電池。   A bipolar battery manufactured by the method for manufacturing a bipolar battery according to claim 1. 前記電解質層は、ポリマー骨格に電解液を保持した熱硬化型のゲルポリマー電解質であることを特徴とする請求項9に記載の双極型電池。   The bipolar battery according to claim 9, wherein the electrolyte layer is a thermosetting gel polymer electrolyte in which an electrolytic solution is held in a polymer skeleton. 前記電解質層は、ポリマー骨格に電解液を保持した熱可塑型のゲルポリマー電解質であることを特徴とする請求項9に記載の双極型電池。   The bipolar battery according to claim 9, wherein the electrolyte layer is a thermoplastic gel polymer electrolyte in which an electrolytic solution is held in a polymer skeleton. 前記電解質層は、完全固体電解質であることを特徴とする請求項9に記載の双極型電池。   The bipolar battery according to claim 9, wherein the electrolyte layer is a complete solid electrolyte. 前記正極は、正極活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を含み、
前記負極は、負極活物質として、カーボンあるいはリチウム−遷移金属複合酸化物を含んでいることを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の双極型電池。
The positive electrode includes a lithium-transition metal composite oxide as a positive electrode active material,
The bipolar battery according to any one of claims 9 to 12, wherein the negative electrode contains carbon or a lithium-transition metal composite oxide as a negative electrode active material.
前記電極積層工程によって形成された積層体における最外層の電極投影面の全てを覆う導電性部材を有し、
前記導電性部材は、電流を引き出すために使用されることを特徴とする請求項9〜13のいずれか1項に記載の双極型電池。
A conductive member covering all of the electrode projection surface of the outermost layer in the laminate formed by the electrode lamination step;
The bipolar battery according to claim 9, wherein the conductive member is used to draw current.
請求項9〜14のいずれか1項に記載の双極型電池を、複数接続して構成されていることを特徴とする組電池。   15. An assembled battery comprising a plurality of bipolar batteries according to claim 9 connected to each other. 請求項9〜14のいずれか1項に記載の双極型電池、あるいは、請求項15に記載の組電池を、モータ駆動用電源として搭載したことを特徴とする車両。   A vehicle comprising the bipolar battery according to any one of claims 9 to 14 or the assembled battery according to claim 15 mounted as a power source for driving a motor. 前記車両は、電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車であることを特徴とする請求項16に記載の車両。   The vehicle according to claim 16, wherein the vehicle is an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
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